Přejít k obsahu

FYI1 - Fyzika pro informatiky

FYI1 - Fyzika pro informatikydoc. RNDr. Karel Rusňák, CSc.
Požadavky ke zkoušce .pdf 37,2 kB
Otázky ke zkoušce .pdf 56,6 kB
Příklady na cvičení .pdf 42 kB
Zajímavý příklad .pdf 54,4 kB
Fyzikální praktikum 1    

Aktuální výsledky zkoušek   ZDE

Studijní materiály

Úvod
1. Fyzika jako základní přírodní věda, její obsah a metody.
2. Vztah fyziky k ostatním vědám a k technice.
Klasická mechanika
1.

Úvod (historické poznámky)

2.

Kinematika hmotného bodu (polohový vektor, dráha pohybu, diferenciály a derivace fyzikálních veličin, rychlost a zrychlení, tečné a normálové zrychlení, kruhový pohyb, úhlové veličiny jako vektory)

3.

Dynamika hmotného bodu (Newtonovy zákony, pojem síly, pohybové rovnice, hybnost, síla dostředivá a odstředivá, gravitační síla, moment síly a moment hybnosti, pohybová rovnice rotace, impuls síly a změna hybnosti)

4.

Inerciální a neinerciální souřadné soustavy (obecné vztahy, platnost Newtonových zákonů, pojem inerciální a neinerciální soustavy souřadnic, invariance pohybové rovnice, Galileova transformace, setrvačné síly při translaci a rotaci)

5.

Práce a energie (definice mechanické práce, práce v gravitačním poli, konzervativnost silového pole, potenciální energie a potenciál, kinetická energie, zákon zachování mechanické energie)

6.

Dynamika soustavy hmotných bodů (vnitřni a vnější síly, celková hybnost soustavy a výsledná vnější síla, 1. impulzová věta, vlastnosti těžiště, pohybová rovnice těžiště, translace, obecný pohyb, rotace, celkový moment hybnosti a výsledný moment vnějších sil, 2. impulzová věta jako pohybová rovnice rotace)

7.

Aplikace impulzových vět (obecný pohyb soustavy hmotných bodů, 2. impulzová věta v těžišťové soustavě, vztah rotace a translace, izolovaná soustava, podmínky rovnováhy, ekvivalentní soustavy sil - těžiště jako působiště tíhy, posunutí síly)

8.

Dynamika tuhého tělesa (tuhá soustava hmotných bodů, těžiště, obecný pohyb, kinetická energie tělesa, moment setrvačnosti, Steinerova věta, pohybové rovnice pro rotaci a translaci tělesa, přechod k reálnému tělesu, fyzické a matematické kyvadlo)

Mechanika v moderní fyzice
1.

Úvod (historické poznámky, hledání éteru)

2.

Základní postuláty a Lorentzovy transformace (Einsteinovy postuláty, Lorentzovy transformační vztahy, fyzikální souřadná soustava, vlastní hodiny, mezní rychlost těles)

3.

Skládání rychlostí v teorii relativity (transformační vztahy pro souřadnice rychlostí, ověření 2. Einsteinova postulátu)

4.

Časoprostorové "paradoxy" (kontrakce délek, dilatace času, experimentální ověření, relativnost současnosti, obrácení časového sledu, kauzalita)

5.

Relativistická dynamika (hmotnost okamžitá a klidová, hybnost, pohybová rovnice)

6.

Energie v teorii relativity (energie kinetická, klidová, celková, Einsteinův vztah, ekvivalence hmoty a energie, celková energie a hybnost, energie fotonu)

Kmity a vlnění
1.

Netlumený lineární harmonický oscilátor (pohybová rovnice, různé tvary řešení, komplexní amplituda, rychlost a zrychlení, energie kmitavého pohybu)

2.

Reálný (tlumený) harmonický oscilátor (viskózní tření, pohybová rovnice, tvary řešení pro malé, velké a kritické tlumení)

3.

Nucené kmity (periodické buzení, pohybová rovnice, obecné řešení, ustálený stav, amplitudová rezonance, kvalita oscilátoru, velmi malé tlumení, elektrický rezonanční obvod)

4.

Skládání rovnoběžných kmitů (stejné frekvence – využití komplexních amplitud, podmínky extrémů, různé frekvence - podmínka periodičnosti, blízké frekvence – rázy, amplitudová modulace)

5.

Skládání kolmých kmitů (Lissajousovy obrazce)

6.

Vlnění pružného prostředí (postupné vlnění v bodové řadě, rovinná a kulová vlna, polarizace vlnění, vlnová rovnice, interference vlnění)

7.

Jednorozměrný řetězec harmonických oscilátorů (podélné kmity, disperzní relace)

8.

Skládání vlnění (obecný pojem interference vlnění, koherentní rovinné vlny postupující stejným směrem, podmínky maxim a minim, stojaté vlny, vlnové balíky, grupová rychlost)

Elektromagnetické vlnění, optika
1.

Úvod (Historické poznámky, korpuskulární a vlnová teorie, Maxwellovy rovnice, vlnová rovnice elektromagnetického vlnění, rychlost světla, její měření, vlnová délka světla, Planck, Einstein, fotony, spektrální analýza)

2.

Elektromagnetické pole (Relativnost a vzájemná souvislost el. a mg. pole, diskuse obecné platnosti jejich základních rovnic, zobecnění Ampérova zákona, Maxwellův posuvný proud, Maxwellovy rovnice, jejich význam)

3.

Elektromagnetické vlnění (Maxwellovy rovnice, nalezení vlnové rovnice pro homogenní izotropní dielektrikum, porovnání s mechanickou vlnovou rovnicí, fázová rychlost, světlo jako elmg. vlnění, směry elektrických a magnetických vektorů, jejich vzájemný vztah)

4.

Polarizace elmg. vlnění (Směry vektorů v elmg. vlně, vlastnosti lineárně polarizovaného vlnění, obecné řešení vlnové rovnice pro harmonickou rovinnou vlnu, podmínky a vlastnosti polarizace eliptické, kruhové a lineární)

5.

Přenos energie elmg. vlněním (Zářivý tok, intenzita vlnění, vztah intenzity a hustoty elmg. energie, Poyntingův vektor, výpočet jeho velikosti pro harmonickou vlnu, časový průběh, okamžitá a střední hodnota intenzity, kvadratické detektory)

6.

Interference světla (Dvě koherentní vlny, komplexní vyjádření, podmínky extrémů, interference více vln stejné amplitudy, řešení pomocí komplexních amplitud, průběh výsledné intenzity, závislost hlavních maxim na počtu vln, základní rovnice optické mřížky, podmínka funkce, spektrální řády)

7.

Difrakce světla (Huygensův princip a Fresnellův dodatek, Frauenhoferův ohyb na štěrbině, řešení pomocí komplexních amplitud, průběh výsledné intenzity, význam pro rozlišovací schopnost optických přístrojů, reálná mřížka)

7.

Odraz a lom světla na rovinné ploše (Snellův zákon, relativní a absolutní index lomu, lom ke kolmici, od kolmice, totální odraz světla, normální disperze, rozklad složeného světla, optická skla, optický hranol - úhlová deviace paprsku při symetrickém chodu, hranolový spektrometr - úhlová disperze, planparalelní deska - posunutí paprsku, rovinné zrcadlo - úhlová deviace paprsků, zobrazení, úhlová zrcadla, odrazné optické hranoly, světlovod - číselná apertura)

8.

Odraz a lom na kulové ploše (kulové zrcadlo - paraxiální paprsky, vrcholová rovnice pro předmět a obraz, virtuální předmět i obraz, znaménková konvence, kulová lámavá plocha - vrcholová rovnice pro předmět a obraz, znaménková konvence, příčné zvětšení obrazu )

9. Ideální optické zobrazení (předmětové a obrazové ohnisko u kulové odrazné a kulové lámavé plochy, ohniskové souřadnice a ohnisková zobrazovací rovnice, příčné zvětšení, Newtonovy obrazové rovnice, předmětný a obrazový prostor, prostorová kolineace, ohniskové roviny, hlavní roviny, hlavní body, uzlové body, úhlové zvětšení, konstrukce paprsků)
10. Centrovaná optická soustava (Dvě lámavé kulové plochy - ohniska a ohniskové roviny soustavy, ohnisková rovnice, tlustá čočka - ohniskové vzdálenosti, hlavní roviny, uzlové a hlavní body, optická mohutnost čočky, spojná a rozptylná čočka, tenká čočka - význačné body a roviny u spojky a rozptylky, chod paprsků, tvary čoček, soustava dvou čoček - výsledná ohnisková vzdálenost a optická mohutnost, vady optických soustav - chyby chromatické a monochromatické, korekce chromatické vady, achromát, apochromát, otvorová vada, astigmatismus, koma)
11.

Základní optické přístroje (Lidské oko - akomodace, blízký a daleký bod, konvenční zraková vzdálenost, úhlová rozlišovací mez, lupa – úhlové zvětšení, mikroskop - objektiv a okulár, úhlové zvětšení, rozlišovací schopnost, číselná apertura objektivu, imerzní objektiv, dalekohled - Keplerův, úhlové zvětšení, objektiv s vnitřním zaostřováním, terestrický okulár, triedr, Galileův dalekohled, fotoaparát - zorné pole, normální a širokoúhlý objektiv, teleobjektiv, intenzita osvětlení obrazu, světelnost objektivu, clonové číslo, hloubka ostrosti obrazu, clony optických soustav - aperturní clona, aperturní úhel, vstupní a výstupní pupila, polní clona)

12.

Radiometrie a fotometrie (zářivý tok, zářivost, zář, intenzita vyzařování, intenzita ozáření, světelný tok, svítivost, jas, intenzita světlení, intenzita osvětlení, Lambertův zákon, spektrální veličiny, spektrální citlivost oka, výpočet fotometrických veličin).

Termodynamika
1.

Úvod (historické poznámky, základní pojmy)

2.

Ideální plyn (zavedení absolutní teploty, látkové množství, tvary stavové rovnice)

3.

Vnitřní energie a teplota podle kinetické teorie (střední rychlost molekul ideálního plynu, energie jedné molekuly a celková energie soustavy, význam teploty, vlastnosti vnitřní energie jako stavové veličiny)

4.

Tlak plynu a stavová rovnice podle kinetické teorie (interakce molekul a stěny systému, změna hybnosti jedné molekuly a celková změna hybnosti, výpočet tlaku, přechod ke stavové rovnici)

5.

Teplo, práce a první věta termodynamiky (přijaté teplo a práce plynu jako procesní veličiny, jejich vlastnosti, 1. věta jako zákon zachování energie v termodynamickém systému)

6.

Vratné a nevratné procesy

7.

Vratné procesy ideálního plynu (izo–děje, Mayerův vztah, adiabatický děj)

8.

Tepelné stroje a vznik 2. věty termodynamiky (slovní formulace 2.věty, Carnotův cyklus, jeho energ. bilance a účinnost, Carnotova věta)

9.

Druhá věta termodynamiky a její matematický tvar (slovní formulace 2.věty, účinnost tepelných strojů, reduková tepla, Clausiův integrál, max. účinnost Carnotova cyklu, vyjádření 2.věty pomocí entropie, statistický smysl)

10.

Entropie (zavedení entropie jako stavové veličiny, její stanovení při vratných a nevratných procesech, tepelný diagram, princip jejího růstu, vztah k pravděpodobnosti)

11.

Termodynamické potenciály (zavedení, význam, příklady)

12.

Třetí věta termodynamiky (chladicí stroje, vliv nízkých teplot, nedosažitelnost absolutní nuly)

Patička